機械設(shè)計基礎(chǔ) 軸系PPT課件

1、1 概概 述述一、主要功用二、分類1、按承載分心軸：傳動軸：轉(zhuǎn)軸：1、支承軸上回轉(zhuǎn)零件（如齒輪等）2、傳遞運動和動力 軸主要用于支承轉(zhuǎn)動零件，傳遞運動和動力，同時又受軸承支承，是機械中必不可少的重要零件。只承受彎矩（ M ），不傳遞轉(zhuǎn)矩（ T 0） 只受轉(zhuǎn)矩（ T ），不受彎矩（ M 0）既傳遞轉(zhuǎn)矩（ T ）、又承受彎矩（ M ）第1頁/共25頁心軸：只承受彎矩（ M ），不傳遞轉(zhuǎn)矩（ T 0 ）轉(zhuǎn)動心軸：固定心軸：軸轉(zhuǎn)動軸固定問：火車輪軸屬于什么類型 ？問：自行車軸屬于什么類型 ？第2頁/共25頁轉(zhuǎn)軸：既傳遞轉(zhuǎn)矩（ T ）、又承受彎矩（ M ） 如：減速器中的軸。傳動軸傳動軸：只受轉(zhuǎn)矩（ T

2、 ），不受彎矩（ M 0 ） 如：汽車下面的傳動軸。第3頁/共25頁討論討論：根據(jù)承載情況下列各軸分別為哪種類型 ？ 0 軸：軸：軸：軸：軸：軸：傳動軸轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動心軸轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動心軸 如何判斷軸是否傳遞轉(zhuǎn)矩： 從原動機向工作機畫傳動路線，若傳動路線沿該軸軸線走過一段距離，則該軸傳遞轉(zhuǎn)矩。 如何判斷軸是否承受彎矩： 該軸上除聯(lián)軸器外是否還有其它傳動零件，若有則該軸承受彎矩，否則不承受彎矩。第4頁/共25頁曲軸：發(fā)動機專用零件2、按軸線形狀分直軸：又可分為實心、空心（加工困難）光軸：階梯軸：第5頁/共25頁鋼絲軟軸：軸線可任意彎曲，傳動靈活。動力源被驅(qū)動裝置接頭接頭鋼絲軟軸曲軸：第6頁/共25頁三、

3、軸的材料1、碳素鋼：30、35、45、50（正火或調(diào)質(zhì)），45 鋼應用最廣。 價廉，對應力集中不敏感，良好的加工性。2、中、低碳合金鋼：20Cr、35SiMn、40Cr、40MnB 等。 強度高、壽命長，對應力集中敏感， 用于重載、小尺寸的軸。鋼材種類熱處理對鋼材彈性模量 E 影響很小討論：當軸的剛度不足時，如何提高軸的剛度 ？ 用熱處理合金鋼不能提高軸的剛度。注意：第7頁/共25頁3、合金鑄鐵、QT：鑄造成形，吸振，可靠性低，品質(zhì)難控制。 常用于凸輪軸、曲軸。四、軸設(shè)計的主要問題失效形式：1、疲勞破壞疲勞強度校核2、變形過大剛度驗算（如機床主軸）3、振動折斷高速軸，自振頻率與軸轉(zhuǎn)速接近4、塑

4、性變形短期尖峰載荷驗算屈服強度第8頁/共25頁 設(shè)計的主要問題：1、合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計 保證軸上零件有可靠的工作位置，裝配、拆卸方便， 周向、軸向固定可靠，便于軸上零件的調(diào)整；2、工作能力計算 a、有足夠的強度 疲勞強度、靜強度； b、有足夠的剛度 防止產(chǎn)生大的變形； c、有足夠的穩(wěn)定性 防止共振 穩(wěn)定性計算。第9頁/共25頁2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計一、目的 確定軸的尺寸、形狀：d 、l ；二、要求 1、軸與軸上零件要有準確的相對位置； 2、受力合理 軸結(jié)構(gòu)有利于提高軸的強度和剛度； 3、軸的加工、裝配有良好的工藝性、減少應力集中；三、軸的毛坯 d小 圓鋼（棒料）：車制； d大 鍛造毛坯； 結(jié)

5、構(gòu)復雜 鑄造毛坯，如曲軸； 空心軸：充分利用材料，質(zhì)量，但加工困難。第10頁/共25頁四、階梯軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計F等強度階梯軸1、擬定軸上零件裝配方案裝軸承處 尺寸 軸承內(nèi)徑；裝輪轂處 直徑與輪轂內(nèi)徑相當；聯(lián)接軸頸和軸頭部分。組成軸頸：軸頭：軸身：第11頁/共25頁滾動軸承齒輪套筒軸承端蓋半聯(lián)軸器軸端擋圈rRhrChb2-3mm 2、零件在軸上的固定（1）軸向固定第12頁/共25頁a）借助軸本身形狀定位：軸肩、圓錐形軸頭； b）借助擋圈、圓螺母、套筒等定位。注意：防止過定位 L軸段長度 B輪轂寬 ( 2 3 ) mm保證軸上零件可靠定位：軸圓角半徑 r 軸上零件倒角尺寸 c 軸肩高度 h 或：軸圓角

6、半徑 r 軸上零件圓角半徑 R 軸肩高度 h第13頁/共25頁（2）周向固定 鍵、花鍵、成形聯(lián)接、彈性環(huán)聯(lián)接、過盈、銷等 軸轂聯(lián)接定位軸肩：非定位軸肩：五、軸段尺寸 1、d ：由載荷 dmin 由結(jié)構(gòu)設(shè)計要求確定各段的 d ； 2、L ：由軸上零件相對位置及零件寬度決定，同時考慮： 1）軸段長比輪轂寬小 2 3 mm 可靠定位； 2）傳動件、箱體、軸承、聯(lián)軸器等零件間距離（查手冊）。固定方式h ( 0.07 0.1 ) d ； d ：軸頸尺寸 h ( 1 2 ) mm第14頁/共25頁注意：各軸段直徑 d 和長度 L 的確定。第15頁/共25頁六、軸的結(jié)構(gòu)工藝性設(shè)計1、需磨削的軸段：砂輪越程槽

7、。3、軸端應有倒角：c 45 便于裝配。4、裝配段不宜過長。5、固定不同零件的各鍵槽應布置在同一母線上，以減少裝夾次數(shù)。2、需切制螺紋的軸段：螺紋退刀槽。第16頁/共25頁3 軸的計算軸的計算一、軸的強度計算 1、按許用切應力計算（按扭轉(zhuǎn)強度計算）強度條件： MPa2 . 01055. 936TdnPWTmm2 . 01055. 936nPd式中：WT 抗扭截面系數(shù)，mm3 許用切應力，MPa第17頁/共25頁 公式應用： a）傳動軸精確計算； b）轉(zhuǎn)軸的初估軸徑 dmin 結(jié)構(gòu)設(shè)計，逐步階梯化 di （ 支點、力作用點未知）； c）對于轉(zhuǎn)軸：算出 dmin 結(jié)構(gòu)設(shè)計 彎矩圖 彎扭合成 強度計

8、算； d）有鍵槽處：若軸上開鍵槽：d 適當， 單鍵：（ 3 5）%； 雙鍵：（ 7 10）%； 花鍵：計算出的 d 為內(nèi)徑。第18頁/共25頁2、按許用彎曲應力計算（彎扭合成強度計算） 已知條件：作用力大小、位置、軸 d 、l 、支點位置 由 dmin （扭轉(zhuǎn)初估） 結(jié)構(gòu)設(shè)計 支點、力大小、作用點 畫出 M 、T 合成彎矩圖 危險截面 計算。 步驟：P247 1）畫出軸的空間受力簡圖：力分解到水平面、垂直面第19頁/共25頁2）作水平面彎矩 Mxy 圖和垂直面彎矩 Mxz 圖2xz2xyMMM3）作出合成彎矩圖4）繪轉(zhuǎn)矩 T 圖第20頁/共25頁5）求當量彎矩22)( TMM，繪M 圖 根據(jù)轉(zhuǎn)矩性質(zhì)不同而引入的應力校正系數(shù)。 一般為對稱循環(huán)變化（彎矩引起的彎曲應力）1）單向旋轉(zhuǎn)、載荷穩(wěn)定：切應力接近不變 r +1；3 . 0b1b12）單向旋轉(zhuǎn)、載荷不穩(wěn)定：切應力接近脈動循環(huán) r 0；6 . 0b0b13）連續(xù)正反轉(zhuǎn)、載荷不穩(wěn)定：切應力接近對稱循環(huán)，r -1；1b1b1T ：第21頁/共25頁7）強度條件：MPa1 . 0)(322cdTMWM式中： W 軸的抗彎截面系數(shù)； 軸的許用彎曲應力，見表 14-1。6）確定危險截面。mm1 . 03Md二、軸的剛度計算 軸的變形：撓度y 、偏轉(zhuǎn)角 、轉(zhuǎn)角 y y 剛度條件：第22頁/共25頁三、軸的振動計算 臨界轉(zhuǎn)速：發(fā)生共振時軸的